Le dirhodium (indiqué en bleu) entraîne la réaction, tandis que la forme de l'échafaudage qui l'entoure contrôle sur quelle liaison C-H le catalyseur travaille. Crédit :Kuangbiao Liao, Université Emory.
Les chimistes ont développé un autre catalyseur qui peut activer sélectivement une liaison carbone-hydrogène, dans le cadre d'une stratégie en cours pour révolutionner le domaine de la synthèse organique et ouvrir un nouvel espace chimique.
Le journal La nature publie les travaux de chimistes de l'Université Emory, suite à leur développement d'un catalyseur similaire l'année dernière. Les deux catalyseurs sont capables de fonctionnaliser sélectivement les liaisons carbone-hydrogène (C-H) non réactives d'un alcane sans utiliser de groupe directeur, tout en maintenant un contrôle quasi total de la sélectivité du site et de la forme tridimensionnelle des molécules produites.
"Les alcanes ont beaucoup de liaisons C-H et nous avons montré l'année dernière que nous pouvons faire appel à l'un de nos catalyseurs et arracher une de ces liaisons en particulier et la rendre réactive, " dit Huw Davies, un professeur Emory de chimie organique dont le laboratoire a dirigé la recherche. "Maintenant, nous signalons un deuxième catalyseur qui peut faire la même chose avec une autre obligation C-H. Nous construisons la boîte à outils, et nous avons plus de catalyseurs dans le pipeline qui continueront à élargir la boîte à outils pour cette nouvelle façon de faire de la chimie. »
La fonctionnalisation sélective C-H est particulièrement prometteuse pour l'industrie pharmaceutique, Davies ajoute. "C'est une stratégie tellement nouvelle pour fabriquer des composés chimiques qu'elle ouvrira un nouvel espace chimique et la possibilité de fabriquer de nouvelles classes de médicaments qui n'ont jamais été fabriquées auparavant."
Les alcanes sont les molécules les plus simples, composé uniquement d'atomes d'hydrogène et de carbone. Ils sont bon marché et copieux. Jusqu'au récent développement des catalyseurs par le laboratoire Davies, cependant, les alcanes étaient considérés comme non fonctionnels, ou non réactif, sauf dans des situations incontrôlables comme lorsqu'ils brûlaient.
Le premier auteur de la La nature papier est étudiant diplômé en chimie Emory Kuangbiao Liao.
Le dirhodium (indiqué en bleu) entraîne la réaction, tandis que la forme de l'échafaudage qui l'entoure contrôle sur quelle liaison C-H le catalyseur travaille. Crédit :Kuangbiao Liao, Université Emory.
Davies est le directeur du Center for Selective C-H Functionalisation (CCHF) de la National Science Foundation, qui est basé à Emory et englobe 15 grandes universités de recherche de tout le pays, ainsi que des partenaires industriels. La NSF a récemment accordé à la FCCH un financement renouvelé de 20 millions de dollars au cours des cinq prochaines années.
Le CCHF mène un changement de paradigme dans la synthèse organique, qui s'est traditionnellement concentré sur la modification des réactifs, ou fonctionnel, groupes dans une molécule. La fonctionnalisation C-H enfreint cette règle sur la façon de fabriquer des composés :elle contourne les groupes réactifs et fait la synthèse à ce qui serait normalement considéré comme des liaisons carbone-hydrogène inertes, abondante en composés organiques.
"Il y a vingt ans, de nombreux chimistes qualifiaient de scandaleuse et d'impossible l'idée de fonctionnaliser sélectivement les liaisons C-H, " dit Davies. " Maintenant, avec tous les résultats provenant du CCHF et d'autres groupes de recherche à travers le monde, ils disent, « C'est incroyable ! » Nous commençons à voir de réelles percées dans ce domaine."
De nombreuses autres approches en cours de développement pour la fonctionnalisation C-H utilisent un groupe directeur, une entité chimique qui se combine à un catalyseur, puis dirige le catalyseur vers une liaison C-H particulière.
Le laboratoire Davies développe une suite de catalyseurs au dirhodium qui évitent le besoin d'un groupe directeur pour contrôler la fonctionnalisation C-H. Les catalyseurs au dirhodium sont enfermés dans un échafaudage tridimensionnel.
"Le dirhodium est le moteur qui fait fonctionner la chimie, " Dit Davies. " La forme de l'échafaudage autour du dirhodium est ce qui contrôle la liaison C-H sur laquelle le catalyseur fonctionne. "